SPD-ongelmat ja ratkaisut jännitteennmuunnin toissijaisissa piireissä

Tämä artikkeli analysoi edellä mainittua tilannetta syvällisesti ja yhteenveto teknisiä toimenpiteitä ongelman ratkaisemiseksi.

1. SPD-tuotteiden pääongelmat jännitteensyöttöjen sekundääriveistöissä

Nykyisin on olemassa kotimaista ja ulkomaa tuotettuja jäännösosapitoisia SPD-laitteita (sulkuvalmiit ukkosvarjot). Niiden pääasialliset sisäiset purkakeit ovat purkaputket/levyt, joilla on suuri purkavirtakapasiteetti (ylittäen sinkkioksidevariistorin). Kuitenkaan niillä on fataali puute: heikko jännitepiiritys, kaarenpurkajännite ja pitkä vastausaika (jopa 100 ns). Nämä estävät sekundääriveiston laitteita saamasta asianmukaista suojaa. Pahemmassa tapauksessa kaarenpurkajännite usein laskee jännitteensyöttön sekundääriveiston jännitettä (100 V) muutamaan volttiin, mikä saa mittaus- ja ohjausjärjestelmän näyttämään korkeanjänniteverkon jännitteen kadonneeksi. Siksi sulkuvalmiit ukkosvarjot eivät ole käyttökelpoisia.

2. Ratkaisut ja pääsisältö

Markkinoiden yleisimmät SPD-ydinpurkakeit ovat purkaputki CDT, sinkkioksidevariistori MOV ja väliaikainen jännitepurkaja TVD. TVD:llä on erittäin nopea vastausaika (1 ns), hyvä jännitepiiritys ja pieni jäännös virta (alle 1 μA); se palaa ja katkeaa vaurion jälkeen ilman lyhyyskäytöstä. Mutta sen purkavirta on alhainen (1 kA). Lisäksi CDT, GAP ja TVD:llä on vahvempi korkeanjänniteimpulssien vastustuskyky kuin MOV:lla, ne kestävät 10 kV impulssit ilman rakenteellista vauriota.

Yhdistämällä näiden elementtien etuja ja käyttämällä yhdistettyä piiriä, on suunniteltu tuote (MOV sarjaparallelissa CDT:n ja TVD:n kanssa), kuten kuvassa 1.

Kuva 1: Purkuperiaate

Kun ukkosvirta tulee pisteeseen A, MOV ei aluksi johtaa. Kuitenkaan MOV:n jäännös virta tasapainottaa pisteiden A ja B välisen potentiaalin. Tällä hetkellä TVS aktivoituu 1 ns:n kuluessa, luoden suoran polun pisteiden B ja C välille. Seurauksena täysi ukkosjännite kohdistuu MOV:n päälle pisteiden A ja B välillä. Koska MOV:n aktivointijännite Um on vain 50 % yhdistetyn piirin aktivointijännitteen Uc, korkea jännite nopeuttaa MOV:n aktivointia, vähentäen sen tyypillisestä 25 ns:n vastausaikasta noin 12,5 ns. Tämän ajanjakson aikana, kun purkavirta on vielä rakenteilla, suora polku A:sta B:hen pakottaa suurimman osan ukkosjännitteestä pisteiden B ja C välille (missä TVD:n maksimipurkavirtakapasiteetti on ~1 kA).

Suunnittelun näkökulmasta CDT:n aktivointijännite on 50 % alhaisempi kuin Uc. Lisäksi osittain johtavan MOV:n sisäinen vastus RL luo jänniteputken, joka nostaa pisteen B jännitteen yli alkuperäisen ukkosjännitteen. Testit osoittavat, että tämä vähentää CDT:n aktivointiaikaa 100 ns:stä 15 ns:ään, mahdollistaen koko piirin täydellisen johtamisen 25 ns:n kuluessa - vastaamaan yksinäisen MOV:n vastausta.

Purkun jälkeen TVD:n merkityksetön jäännös virta ja CDT:n täydellinen katkeaminen poistavat MOV:n jäännös virtaan liittyvät ongelmat, estäen mahdolliset vaarat. Jännitepiirityksen kannalta TVD:n tarkka aktivointi (aktivointijännite on sama kuin piiritysjännite) varmistaa matalan piirityskynnysarvon. Koska Um = 0.5Uc, MOV:n piiritysjännite piirissä on 1.5Uc, mikä johtaa yhdistetyn piirin kokonaispiiritysjännitteeseen 2Uc - huomattavasti parempi kuin yksinäisten MOV-moduulien 3× suhde.

Lisäksi integroitu valvonta-piiri havaitsee komponenttien vauriot. Kun sisäiset elementit heikenevät, valvontapiste siirtyy avoimesta suljettuun, merkitsemällä SPD:n vaurion. Taulukko 1 vertailee yksinäisten MOV-moduulien ja yhdistetyn purkapiirin SPD:n suorituskykyä samankeskisissä olosuhteissa.

Tämä uudenlainen SPD:llä on jäännös virta, mutta se voi hallita ylijännitettä hyvin alhaisella tasolla (alle 10 μA). Lisäksi se voi pitää jäännös virran parametreja muuttumattomina ja nopeasti katkaista ylijännitteen katoamisen jälkeen. Se on ideaalinen tuote jännitteensyöttöjen sekundääriveistoissa.

SPD:n käyttämä yhdistetty purkapiiri korvaa yksittäisen sinkkioksidevariistorimoduulin, tarjoten jännitteensyöttön sekundääriveistölle ylijännitesuojan teknisiä toimenpiteitä. Se voi välttää ongelman vanhenemisen jälkeen kasvanut jäännös virta, kun SPD-piiri on vaikuttanut useita kertoja ukkosjännitteeseen tai toimintaan liittyviin ylijännitteisiin. Samalla, kun rikkominen ja vaurio tapahtuu, ei ole lyhyyskäytöstä. Jos SPD:ssä on vaurioituneita paikkoja, kuten rikkoutuminen ja lyhyyskäyto, operaatio- ja ylläpitohenkilöstöä voidaan varoittaa SPD:n hälytyksen yhteydessä, välttäen suojan epäonnistumisen tai ei-toiminnan ongelmia.

3. Johtopäätös

Käytännössä yhdistettyä piiriä käyttävällä SPD:llä on jäännös virran arvo lähes vakio aloituksesta vaurioon asti (vaurion jälkeen se katkeaa suoraan), ja sitä voidaan hallita alle 3 μA. Lisäksi SPD voi helposti tarjota vaurion valvonta-yhteyden yhdistetyn piirin kautta, mikä on helppoa operaatio- ja ylläpitohenkilöstölle valvoa.

Yhdistetyn jännitteensyöttöpiirin ylijännitepurkuteknologian käyttö välttää SPD:n maanjohtamisen aiheuttaman suojan turvallisuusongelman tai ei-toiminnan jännitteensyöttön sekundääriveistössä. Se toteuttaa todella suojan ukkosjännitteitä ja toimintaan liittyviä ylijännitteitä vastaan jännitteensyöttön sekundääriveistössä, varmistaa sähköisen sekundäärilaitteiston turvallisen toiminnan pahoinvaikutuksista ja onnettomuustilanteissa.